人类视觉和色觉

人力立体声色觉是一个非常庞杂的进程，是不能完整懂得，尽管数百年来的紧张学习和建模。前景涉及的两只眼睛几乎同时发生的互动，以及通过大脑的神经细胞，受体和其他专门细胞网络。在这个感到进程的第一步是刺激眼睛的光受体，信号转换成光刺激或图像，并传输电信号包括从每只眼睛的视觉信息的大脑通过视神经。这种信息处置中的几个阶段，终极达到大脑的视觉皮层。

人类的眼睛是配备了各种光学元件，包含角膜，虹膜，瞳孔，房水和玻璃体的体液，一个可变焦距镜头，视网膜（如图1所示）。这些元素共同工作的对象，每只眼睛的视野规模，形成图像。当一个对象被视察到，它是第一个重点，通过凸的角膜和镜片，形成的视网膜，多层膜，包括数以百万计的感光细胞表面上的倒影。为了到达视网膜，角膜集中的光线必需先后穿越的前房房水，晶状体，凝胶状玻璃体，视网膜的血管和神经元层，才到达感光外段的锥和视杆细胞。这些photosensory细胞检测图像转化成电信号传递到大脑的一系列。

尽管存在一些曲解，由于普遍的术语描写眼睛解剖聘请，它是在角膜上，而不是镜头，这是负责的眼睛总屈光力的主要组成部分。平滑如玻璃，但机动，耐用的塑料的外墙的眼球前，强烈曲折，透明的部分，容许光线形成图像穿过室内。角膜也供给了一个物理屏障维护眼睛，防护罩内的微生物，灰尘，纤维，化学，和其他有害物资的眼睛。虽然在宽度厚度小于晶状体，角膜眼的屈光力提供了大约65％。大多数电源角膜的中心，这是圆，比薄组织的外围部分邻近的光线曲折驻留。

作为窗口，把持光线进入眼球的条目，角膜（图2）良好的视野是必不可少的，也作为一个紫外线过滤器。角膜删除一些最具损坏性的在阳光紫外线的波长，从而进一步维护的高度敏感的视网膜，侵害晶状体。如果角膜弯曲太多，近视的情况下，远处的物体时会出现含混的图像，因为不完美的光线折射到视网膜。在已知的条件散光，不完美或在角膜的结果不同等的折射，发明投射到视网膜上的图像失真的违规行动。

与人体的大部分组织，不包含角膜养分的血管或防止沾染。即使是最小的毛细血管会干扰与准确的折射过程。角膜得到泪水和房水，这背后的构造的填充商会的滋养。外层的角膜上皮细胞层是挤满了成千上万的小神经末梢，使角膜变得极其敏感，对疼痛时擦或刮伤。其中包括组织的厚度，大约10％的上皮细胞层角膜块异物进入眼内，同时提供氧气和营养的吸收表面光滑。中央角膜层，被称为基质，包括约90％的组织，和水饱和纤维蛋白网络，提供的强度，弹性，并形成支撑上皮组成。滋养细胞完成的基质层的其余部分。因为基质会吸收水分，血管内皮细胞组织的重要义务是从基质泵过剩的水分。没有这个抽水举动，基质与水膨胀，变得朦胧，并终极将角膜不透明，使眼睛失明。

透明度的晶状体，其胶囊的部分或完全损失，导致白内障称为一个共同的条件。白内障是导致全球失明和视力障碍的代表在美国的一个主要原因。在成人白内障的发展是与正常老化，日光曝晒，吸烟，养分不良，眼外伤，全身性疾病，如糖尿病和青光眼，和一些药品，包括类固醇的不良副作用。在早期阶段，患白内障的个人认识含混或失焦的世界。清楚的愿景是无法达到视网膜的光量减少，并通过衍射和光散射的形象蒙上暗影，固然个别雾或霾（见图3）通过察看环境。往除白内障手术的不透明镜头，随后调换由塑料镜片（人工晶体植入），在无关的条件，如近视或远视的改正视力的结果往往。

视网膜的功效是相似的模仿数字转换器，在现代数字相机体系的特点，联合数字图像传感器（如电荷耦合器件（CCD））。图像捕捉的眼睛，称为杆和视锥细胞受体，通过了一系列专门的细胞，和谐的信号传递到大脑的视神经束纤维衔接。获准进入每只眼睛的光量的光圈，圆形光圈，在光线较暗的水平敞开和封闭，以维护在非常高的照明水平的瞳孔（光圈）和视网膜节制。

随着光照变化，瞳孔的直径（在晶状体的前面地位），会本能地不同大小约2至8毫米，调节光量，到达视网膜之间。当照明是非常光亮的，瞳孔缩小和外围部分的refractile元素是由光通路中消除。结果是较少的畸变图像形成的光线碰到的艰苦，并在视网膜上的形象变得清楚。一个很窄的学生（约2毫米）产生衍射的文物，传布在视网膜上的点源的形象。

在大脑中，从每只眼睛交叉的视神经在视交叉从两个平行道路行驶视网膜的视觉信息是相干的，有点像一个时基校订发生器在数字磁带录像机的功能，神经纤维。从那里，视觉信息传布膝形丘脑外侧膝状体核，通过火布式光纤辐射位于较低各占一半大脑的后部的两个视皮层信号通过视神经束。在较低层的皮质，从每只眼睛的信息是坚持柱状眼上风条纹。由于视觉信号传送到皮层上层，从两只眼睛的信息合并，形成双眼视觉。在眼科条件异常，如phorias（失调）的眼光，包含斜视（更好的交叉眼），立体视觉是打乱了，作为个人的轴承和深度知觉。在眼科手术是不保证的情形下，棱柱镜头安装在眼镜可以改正这些异常。双眼融会中止的原因可能是头部或诞生创伤，神经肌肉疾病，或先本性缺点。

美国中央黄斑中心凹位于视网膜的中心区邻近，并沿光轴的每只眼睛直接定位。也被称为“黄点”，中心凹小（小于1平方毫米），但非常专业。这些领域中的高密度，紧凑的视锥细胞（大于每平方毫米20的视锥细胞在成人体内;见图4）。中心中央凹是清楚的视觉领域，并产生最大的空间辨别率（空间分辩率），对照度，和颜色。每只眼睛是人口约700万个视锥细胞，这是非常薄（直径3微米）和拉长。视锥细胞密度降落为黄斑中心凹以外的视杆细胞的视锥细胞逐渐增添（图4）的比例。在视网膜的边沿，光受体两种类型的总数目大幅下降，造成宏大的丧失在视网膜边界的视觉灵敏度。这是事实所抵消，人类不断扫描视野（由于非自愿的快速眼球活动）的对象，在感知的形象是同一的尖利。事实上，当图像移动相对视网膜（通过光纤固定装置），几秒钟后眼睛不再感官图像。

感受器在视网膜的外层部分的部署，在必定程度上断定的决定，在眼睛的不同区域的限制。为懂得决图像，少刺激光感受器行必需两行是高度刺激光感受器之间的中间人。否则，是不可能辨别的刺激从两个紧密排列的图像或从一个单一的形象，跨越两个受体行的来源。有了一个中心，中心范围在1.5和2微米，在中央的黄斑中心凹的视锥细胞，光刺激，有一个约3至4微米的分别之间的间距应当产生在视网膜上的强度的解析。作为参考，在视网膜上形成一个衍射图样的第一个最小的半径约550纳米的光的瞳孔直径2毫米的4.6微米。因此，在视网膜上的感官元素的部署将决议眼睛的极限分辩率。另一个因素，被称为视力（眼睛能够检测小的物体，并解决他们的分别），与很多参数，包含术语的定义和视力丈量的方式不同。在视网膜上，视力一般是最高的中央的黄斑中心凹，其中涵盖了约1.4度的视野。

图5杆和视锥细胞和视网膜内的神经元的衔接的空间支配。只含有感光色素视紫红质，视杆细胞，有一个蓝绿光（波长约500纳米）的峰值灵敏度，虽然它们显示在整个可见光谱范围广泛的响应。他们是最常见的视觉的受体细胞，每个含有约125-130万个视杆细胞眼。视杆细胞的光敏感性，视锥细胞，约1000倍。然而，单靠棒刺激所发生的图像是相对性的非锐化和密闭的灰色色调，玄色和白色软焦点摄影图像中发明的相似。棒视觉通常被称为暗或微光视力，因为在弱光条件下，外形和物体的相对亮度，可以差别开来，但不是他们的颜色。这暗适应的机制，使潜在的猎物，并通过外形和普遍的脊椎动物的议案大鳄的检测。

人类视觉系统的响应数，不是线性的，在一个令人难以置信的亮度范围超过10年（interscene动态范围）的感知才能。在光天化日之下，人类可以想像，在刺目标光芒从太阳的对象，而在夜间大对象，可以由星光检测时，月亮是黑暗的。人眼阈值的敏锐度，可以检测到约100-150光子进进瞳孔的蓝绿光（500纳米）的存在。明视觉亮度高7年，占主导位置的，是的，重要是负责感光的视网膜锥。相比之下，亮度低4几十年来，被称为暗视觉，视杆细胞的节制。

眼睛的适应使视觉功能在这种极真个亮度。然而，在适应发生之前的时光间隔，个人都可以感受到的亮度范围笼罩大约只有三十年。几个机制，负责对眼睛的适应范畴的高亮度程度才能。适应可以产生在几秒钟内由最初的瞳孔反映或可能须要几分钟（暗适应），取决于亮度变更的程度。全锥灵敏度更是到达了约5分钟，而从适度的明视敏感度适应全面scoptic视杆细胞产生的灵敏度大约须要30分钟。

当完全适应光线，人眼的特色是从大约400到700纳米的波长响应，峰值灵敏度在555纳米（绿色区域在可见光）。暗适应眼的响应，以一个较低的波长为380和650纳米之间规模，峰值呈现在507纳米。白昼和scoptic目光，这些波长不是尽对的，但光的强度不同。传输的光线通过眼睛逐渐变得更短的波长较低。在蓝绿色区域（500纳米），只有约50％进进眼睛的光线达到视网膜上的图像点。在400纳米，这个值是减少到仅为10％，即使在一个年青的眼睛。晶状体中的元素的光散射和接收的敏感性远在蓝色的进一步损失。

锥包括三个类型的细胞，每一个“调剂”，在任430为中心的一个奇特的波长响应的最大，535或590纳米。个人极大的基本是应用三种不同的photopigments，每个特点的可见光接收光谱。 photopigments转变其构象时检测到一个光子，使他们能够与transducin反映，启动级联的视觉事件。 Transducin是一种蛋白质，它驻留在视网膜上，并能够有效地转换成电信号的光能量。视锥细胞的人口比杆细胞少得多，与每个包含5至7万这些颜色受体的眼睛。真彩色视觉诱发刺激的视锥细胞。相对强度和波长的光线散布，每三个圆锥体受体类型的影响，决议了成像（马赛克）的方法与添加剂的RGB视频监督器或CCD彩色摄像机，彩色。

一个包括大多是蓝色短波辐射光束刺激的视锥细胞，应对更大水平上比其他两个锥形类型的430纳米的光。这束将在特定的视锥细胞激活的蓝色色素，并且被认为是蓝色光。多数为中心波长约550纳米的光，被看作是绿色的，并且大多含有或更长的600纳米波长的光束是红色可视化。如上所述，纯锥视觉称为明视觉和在正常光线水平，包括室内和室外的主导。大多数哺乳动物dichromats，通常只能够区分蓝色和绿色的颜色分量。相比之下，一些灵长类动物（最显着的人类）表示出三色视觉，具有显著的红色，绿色和蓝色光刺激的反响。

如图6所示的四个人类的视觉色素，极大显示预期的红色，绿色，和蓝色可见光区域的吸收光谱。当所有三种类型的视锥细胞受到刺激同样，被以为是无色或白色的光。例如，中午的阳光似乎对人类的白光，因为它包含了约等量的红色，绿色和蓝色光。从阳光的颜色频谱的优良示范截取的一个玻璃棱镜，折射（或曲折）不同波长的不同程度，蔓延到它的组成颜色的光。人类色觉后与光受体细胞的相互作用，并在近trichromic刺激这种组合的成果而定。有颜色与灯光明度的变化敏感度的变化，使蓝色看起来在阴暗的灯光和红色的色彩比拟明亮，看在明亮的光线明亮。这种效应可以视察到彩色打印，这将导致忽然涌现更明亮，更饱和的红人指向一个手电筒。

近年来，斟酌人文颜色的视觉敏锐度绘画急救车，消防车和救护车，如完整红色的长期实践中的变更。虽然是可以很轻易地看到，并答复了车辆的颜色，波长散布是不高可见在低亮度水平，并出现在晚上近黑色。人类的眼睛是黄绿色或类似的色调要敏感得多，特殊是在晚上，而现在大多数新的紧迫救济车辆，至少部分地刻画了一幅活泼的黄绿色或白色，往往保存了一些传统的好处的红色亮点。

当只有一个或两个类型的视锥细胞受到刺激，感知色彩的范畴是有限的。例如，假如一个绿灯窄带（540至550纳米）是用于刺激所有的视锥细胞，只有那些含有绿色的光感受器将作出反响，产生轰动看到绿色。低级消减的颜色，如黄色，人类的视觉感知，可以出现以下两种方法之一。假如同时单色黄色波长580纳米的光刺激的红色和绿色的视锥细胞，每个视锥细胞受体几乎是同样的回应，由于它们的接收光谱重叠，大约是在本地域的可见光雷同。相同颜色的感觉，可以实现单独通过刺激红色和绿色的视锥细胞与受体的吸收光谱没有显明的重叠区域选择鲜明的红色和绿色波长的混杂物。结果，在这两种情况下，是红色和绿色的视锥细胞同时刺激产生一种黄色的感觉，尽管终极的结果是由两种不同的机制实现。其他颜色的感知能力，需要一个刺激，两个，或所有三种类型的视锥细胞，在不同程度上与恰当波长的调色板。

虽然人类的视觉体系功能三种类型各自的颜料加上光线暗视觉感受视杆细胞的锥细胞，它是人类的大脑，其对色彩的感知光的波长和光源的变化进行补偿。 Metamers是对人类大脑感知光线雷同颜色的光谱不同。有趣的是，由一个人雷同或类似的说明的色彩，有时轻易被其他动物，最显着的鸟类差别开来。

中介渡轮之间的视网膜和大脑的视觉信息不能简略地与感到细胞相连一到神经元。每个在中心凹锥和视杆细胞将信号发送到至少3个双极细胞，而在视网膜的周边地域，大批的视杆细胞的信号汇聚到一个单一的神经节细胞。有大批豢养渠道单一的杆细胞在视网膜的外层部分的空间分辩率受到侵害，但有很多感觉细胞参与捕捉微弱信号显着改良的眼的门槛灵敏度。这有点类似于人眼的特色是慢扫描CCD数码相机系统的分级结果。

的感觉，双极细胞，视网膜神经节细胞也相互接洽的其他神经元的克制和高兴的道路供给了一个庞杂的网络。因此，从500到700万锥和125万棒，在人的视网膜中的信号处理和运送到视觉皮层的只有约1万光学髓神经纤维。眼部肌肉的刺激和把持神经节细胞，外侧膝状体，视网膜和视觉皮层之间的反馈节制行动。

被部署在3层的胚胎发育过程中产生，从大脑的特定区域的神经细胞在视网膜的高兴和克制道路的庞杂网络。这些电路和反馈回路的组合后果发生边沿锐化，对照度加强，空间的总和，均匀噪音，和其他情势的信号处置，可能包括一些尚未被发明的的成果。在人的视觉，图像处理的主要水平在大脑中进行，但视网膜本身也涉及普遍的处置义务。

在已知的人类视觉的颜色不变的另一个方面，一个对象的颜色或灰度值不会出现转变的亮度广泛。艾萨克牛顿爵士在1672年，体现在人的视觉感觉的颜色不变的经典理论对颜色的感到和神经体系，并供给线索。埃德温H.土地，宝丽来公司的开创人，提杰出彩视觉Retinex理论，依据他的察看色彩的不变性。只要颜色（或灰度值）是足够的照明下观看，色块不转变它的颜色，甚至改变场景的亮度。在这种情况下，全部场景的照明梯度不会改变的感知颜色或灰度级补丁的基调。假如亮度水平到达门槛暗或暮视力，色觉消散。在土地的算法，彩色区域的亮度值盘算，并现场在该波段的所有其他范畴相比，在场景中的特定区域的能源。盘算进行了三次，每个波段（长波，短波，波中），和亮度值的三重决议Retinex理论所定义的三维彩色空间范畴的位置。

长期色盲是用词不当，口语交谈中被广泛用来指任何颜色之间的区分的难度。真正的色盲，或无法看到任何颜色，是极为罕见的，固然多达8％的男性和0.5％的女性诞生的一些颜色视觉缺陷的情势（见表1）。颜色视觉继续的不足之处是通常的缺点，在视网膜的感光细胞，神经膜，在眼球后部的成像表面的功效。色彩视觉缺陷，也可以作为一种疾病的成果，获得的副作用，服用某些药物，或通过正常的老化进程，而这些不足之处，可能会影响眼睛光感受器以外的部分。

正常的视锥细胞和色素的敏感性，使个人，区分所有不同颜色的色调，以及奥妙的混杂物。这种类型的正常色觉被称为trichromacy和依附后，从所有三种类型的感光锥的重叠的灵敏度规模的相互交换。一个轻度色觉缺陷发生在三锥类型之一色素有缺陷时，其峰值灵敏度转移到另一个波长，产生一种视觉缺陷，称为trichromacy异常，色觉缺陷的三个大类之一。 Dichromacy，色盲或色觉障碍，更严重的情势出现时的颜料之一，是严重的越轨，其吸收特征，或尚未生产的特别色素。完整没有色彩感，或monochromacy，是极为罕见的的，但总色盲（杆monochromats）的个人，只看到不同水平的亮度，和世界上出现玄色，白色和灰色暗影。这种情况只发生在谁继承了来自父母双方的无序的基因的个人。

Dichromats可以区分一些颜色，因此在日常生涯中的影响比monochromats，但他们通常知道他们有他们的色彩视觉的问题。 Dichromacy分为三种类型：红色盲，绿色盲，tritanopia（见图7）。大约两个男性人口的百分之继续了前两种类型的之一，第三更很少发生。

石原慎太郎颜色失明测试

色盲，在人类明视觉的正常运作中止，可能会造成主机的条件，包括那些来自遗传学，生物化学，物理损害的和疾病。这种互动教程摸索和模仿全彩色图像出现色盲个人，并比拟这些图像石原慎太郎诊断色盲测试。

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红色盲，红色灵敏度的损失，从而导致缺少，红色，橙色，黄色和绿色之间的感知差别造成的是一个红色的，绿色的缺陷。此外，红色，橙色，黄色的亮度大大减少在比拟正常的程度。下降强度的影响可能会导致涌现暗（亮）和红色（一般），涌现玄色或暗灰色红色交通灯。 Protanopes往往黄色，重要是基于其显明的亮度，而不是对任何显著的色调差，学会准确区分红色和绿色，和红色之间。绿色一般这些人似乎比红色打火机。由于红色光在可见光谱的一端产生，是几乎没有重叠的其他两个锥形类型的敏感性，并与红色盲的人有一个显明的敏锐度的丧失，光在长波长（红色），一端。这种颜色的视觉缺陷的个体可以区分蓝色和黄色，但不能从各种色调的蓝色，由于在这些色调的红色分量的衰减出色的薰衣草，紫罗兰，紫色。

盲，这是一个绿色的敏感性的损失，个人有很多相同的问题，如做protanopes色调轻视，但全部可见光谱的敏感度还算正常水平。由于绿色光的可见光光谱，重叠的圆锥体受体的敏感性曲线的中心地位，有一些绿色波长的红色和蓝色的光感受器的反映。固然盲至少亮度绿灯（异常强度下降不大），红色，橙色，黄色和绿色的名字似乎deuteranope呈现相同的颜色太多。以类似的方法，蓝色，紫罗兰，紫色，和薰衣草不区分这种颜色的视觉缺陷的人。

色盲的产生率及原因剖析

CLASSIFICATION	CAUSE OF DEFECT	INCIDENCE (%)
Anomalous Trichromacy		6.0
Protanomaly	Abnormal Red-Sensing Pigment	1.0
Deuteranomaly	Abnormal Green-Sensing Pigment	5.0
Tritanomaly	Abnormal Blue-Sensing Pigment	0.0001
Dichromacy		2.1
Protanopia	Absent Red-Sensing Pigment	1.0
Deuteranopia	Absent Green-Sensing Pigment	1.1
Tritanopia	Absent Blue-Sensing Pigment	0.001
Rod Monochromacy	No Functioning Cones	< 0.0001

表1

Tritanopia是蓝色感光度的情形下，和功效发生了蓝黄颜色视觉缺点。个人这方面的不足，不能辨别蓝色和黄色，但注册一个红色和绿色之间的差别。条件是相当罕见的，发生在男女几乎相等。 Tritanopes通常不会有尽可能多的艰苦，在履行日常义务作为个人dichromacy的红，绿的变种之一。由于只发生在蓝色波长的频谱的一端，而很少有重叠，与其他两个圆锥体类型，总损失在全部频谱的灵敏度灵敏度可与这个条件相当严重。

当有一个由一个圆锥体受体的敏感性的损失，但视锥细胞功能，导致色觉缺陷被认为是异常trichromacy，他们以类似的方式分类dichromacy类型。凌乱经常出现同样的命名，因为这些条件，但附加从长期异常派生的后缀。因此，protanomaly，deuteranomaly产生色调辨认类似红绿dichromacy缺陷，但不作为突出的问题。 Protanomaly的色彩视觉的“红软肋”，被以为是红色是比正常轻，可视化（或任何颜色有红色分量），和色调走向绿色转移。一个deuteranomalous的个人展品“绿色弱点”，有相似的艰苦，在色调的小变更，在红，橙，黄，和可见光谱范畴内的绿色区域内之间的轻视。这是因为色彩似乎是对红移。相比之下，deuteranomalous个人没有亮度损失的缺陷，随同着protanomaly。这些异常trichromacy变种很多人都有点困难，履行的任务，须要色觉正常，有的甚至可能不知道，他们的色彩视觉受损。 Tritanomaly，或蓝色的弱点，尚未见报道作为一种遗传缺陷。在少数情形下，在已发明的不足之处，它被以为是已被收购而不是继续。一些眼疾（如青光眼，攻击蓝色锥体）可能会导致在tritanomaly。在这些疾病中最常见的外围蓝色锥丧失。

尽管的局限性，也有一些视力上风轻视假装的对象的才能加强，如色盲。纲领，而不是颜色，负责模式辨认，改良夜视可能会呈现因某种颜色视觉缺陷。基于这些原因，在军事上，色盲的狙击手和揭发的高度器重。在20世纪初，在尽力，以评估人类色觉异常，纳格尔色盲检讨。应用这种仪器，察看员把持把持旋钮，色彩和亮度的彩色匹配两个范畴。

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